颗粒沉降及在弯曲通道中迁移的特性研究

发布时间：2020-06-19 00:15

【摘要】：颗粒的沉降及迁移不仅普遍存在于自然界,而且具有广泛的工业生产背景,一直以来都是流体力学中的一个经典问题。本文采用基于动量交换的格子Boltzmann方法对上述两者进行了直接的数值模拟,主要的研究工作及结果总结如下:(1)针对颗粒雷诺数范围为5≤Re≤12的双颗粒沉降进行了数值计算,主要关注颗粒之间的密度差异k对其周期性振动的影响。颗粒沉降特性可以分为三个阶段,即当Re较小时,颗粒横向的振动幅度随k的增大而减小,当Re较大时则正好相反。介于以上两者中间存在一个临界雷诺数,在此雷诺数附近,颗粒的沉降同时具有以上两种特征。此外,本文还研究了两个颗粒的稳定沉降结构以及重颗粒摆脱轻颗粒的条件。(2)对于通道雷诺数范围为20≤Re≤120的单颗粒在弯曲通道中的迁移做了模拟计算。考虑了雷诺数、颗粒密度以及颗粒初始位置的影响。数值结果包括流线、颗粒轨迹、平衡位置和颗粒在通道中迁移的时间。当Re较大时,颗粒的平衡位置与其初始位置无关。此外,存在一个临界的密度比,此时颗粒在通道中迁移速度最快。(3)在相同条件下的弯曲通道中,分别放置2,8和16个颗粒进行直接数值模拟。重点研究了通道雷诺数,颗粒数量以及颗粒初始位置分布的影响。当颗粒的数量为2,雷诺数越大,位于通道中心线上侧的颗粒与同侧壁面的间距越大。另外,下侧的颗粒迁移的速度均会大于上侧的颗粒。当颗粒的数量为8和16时,雷诺数越大,初始位置位于中心线同侧的颗粒的迁移轨迹分别越接近于一条曲线。
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O35
【图文】：

格点分布,函数,边界,壁面

即假设颗粒与壁面碰撞后速度逆转，壁面上碰撞后的分布函数：( , )= ( ,)if i ff x t f x t(2中iic c (ci指向壁面)。图 2.2 所示的是 D2Q9 模型，执行迁移过程后，图心点处已知的分布函数有 f0、f2、f3、f4、f6、f7，未知量有 f1、f5、f8，图(b点处已知的分布函数有 f0、f1、f2、f4、f5、f8，未知量有 f3、f6、f7。根据式(2-以得到求该壁面格点分布函数的公式，如下所示。左边界对应公-12a),(2-12b)以及(2-12c)，右边界对应公式(2-13a),(2-13b)以及(2-13c)。1 3( , )= ( , )f ff x t f x t(2-15 7( , )= ( , )f ff x t f x t(2-18 6( , )= ( , )f ff x t f x t(2-13 1( , )= ( , )f ff x t f x t(2-16 8( , )= ( , )f ff x t f x t(2-17 5( , )= ( , )f ff x t f x t(2-1

格点分布,非平衡态,未知量

中国计量大学硕士学位论文点水平速度为横坐标，节点位置竖直分量为纵坐标，已知三个点，分别是(U/2)，(0, 0)和(0, H)建立方程组。该速度边界的计算公式如下：024 ( )( )=U y y Hu yH (2-1入口处采用 Zou 等人[62]提出的非平衡态反弹的速度边界条件，如图 2.3 。执行迁移过程后，入口处某格点上的分布函数 f0、f2、f3、f4、f6、f7和入度 u(y)已经确定，未知量有 f1、f5、f8以及格点的密度 0，此时有非平衡态条件 f1-f1(eq)= f3-f3(eq)。因此关于上述未知量的求解公式如式(2-15)所示。

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